
数学系助理教授亚历山大·胡佛博士与一群海洋生物学家、工程师和麦克阿瑟研究员合作,在水母身上发现了一种新的生物力学约束,这种约束在软机器人的设计中有潜在的用途。
尽管水母的神经系统相对简单,但在生物力学中,水母是一种模式生物,部分原因是它们通过一组相当原始的分布式起搏器来管理大范围的运动。这些起搏器可以产生一系列不同的运动,从而允许复杂的行为,如水母群和每天垂直的水柱迁移。
利用三维计算流体动力学模型,以及微电子嵌入活水母的实验记录和流动可视化,研究人员发现水母的运动取决于其肌肉激活波的速度。研究人员在水母转动时对它们进行了检查,发现转动的启动取决于激活波的速度相对于钟的物质波的速度。由弹性波动方程得到的物质波速取决于钟的柔韧性。将激活波速度设置在铃铛的物质波速度附近,会产生最强的旋转,实验记录表明,在活体动物中也是如此。
这些发现发表在《美国国家科学院院刊》上,展示了水母的一种未描述的神经力学约束,这对仿生车辆和组织工程泵的驱动以及其他灵活游泳动物的运动生物学都很重要。